Mata Kuliah Elemen Mesin

Identitas Mata Kuliah

Nama Mata Kuliah: Elemen Mesin

Jumlah sks : 2 sks

Waktu Kuliah : 100 menit



Didik Nurhadiyanto, MT.



HP : 08157910438



Email:

abbazzahro@yahoo.com



Mu’in: 085643864481



Ipul: 085292004242

Tujuan



Memperkenalkan Dasar-dasar

Perancangan Elemen Mesin Bagi

Mahasiswa



Perancangan dimaksud meliputi:

Standar Kompetensi

Setelah mengikuti perkuliahan

Elemen Mesin ini mahasiswa mampu

untuk menjelaskan fungsi utama dan

merancang elemen-elemen mesin,

Materi Mata Kuliah



Konsep Dasar Elemen Mesin

Meminda (mereview) Beberapa Hukum

Dasar dan Statika Benda Tegar

Diagram benda Bebas (Free Body

Diagram)

Materi Mata Kuliah



Tipe Tegangan yang Bekerja pada

Elemen Mesin

Konsep tegangan

Macam-macam tegangan

Tegangan yang diijinkan

Materi Mata Kuliah



Perancangan Poros

Dasar-dasar Perancangan Poros (beban

aksial murni, puntir murni, bengkok

murni, gabungan bengkok serta puntir, gabungan bengkok, puntir, dan aksial)

Materi Mata Kuliah

 Ban Mesin (Belt)

Tinjauan Umum Sistem Transmisi daya

Rangkaian Sistem Transmisi Daya

Angka Perbandingan Transmisi yang Diijinkan

Perbandingan Transmisi pada Ban Mesin Bila Slip dan Tebal Diperhitungkan

Panjang Ban Mesin

Perhitungan Kekuatan Mesin

Materi Mata Kuliah



Ulir Daya (Power Screws)

Tipe Ulir Daya

Parameter Perancangan Ulir Daya

Hubungan antara Momen Puntir dan

Gaya Aksial

Tegangan pada Ulir

Tegangan pada Batang Ulir

Materi Mata Kuliah



Perancangan Pegas Ulir (Hellical

Spring)

Tinjauan Umum Tentang Pegas

Bahan Pegas

Parameter Perancangan Pegas Ulir

Lenturan (defleksi) Pegas Ulir

Energi yang Mampu Disimpan Pegas

Materi Mata Kuliah



Perancangan Pegas Daun

Menghitung Kedkuatan Pegas Daun

Lenturan Pegas Daun

Energi Potensial Pegas Daun

Contoh Soal dan Soal Latihan



Perancangan Kopling

Perancangan Kopling Pelat

Perancangan Kopling Kerucut

Materi Mata Kuliah



Perancangan Roda Gigi lurus

Pendahuluan

Istilah, Definisi, dan Simbol dalam Roda Gigi Lurus

Buku Referensi

 Buku Ajar Elemen Mesin

 Machine Design (1980) karangan Khurmi,

R.S. dan Gupta, J.K.

 Elemen Mesin (1980) karangan Kiyokatsu

Suga diterjemahkan Sularso

 Perencanaan Teknik Mesin (1986)

karangan Shigley, J.E. dan Mitchell, L.D.

 Machine Elements (1990) karangan G.

Komposisi Penilaian

No Komponen Pilihan

I

3 Kehadiran/

Keaktifan Mhs 15

Tidak hadir sebagai

pengurang nilai

4 Tugas/PR/Quiz 25

5 UTS 30 Close book

Pengertian Elemen Mesin

 Mesin diartikan sebagai alat untuk

memindahkan benda energi/benda sehingga mempunyai efisiensi.

 Efisiensi adalah perbandingan antara

luaran dengan masukan yang berkaitan dengan kerja.

 Efisiensi di sini meliputi efisiensi mekanis,

termis, hidrolis, dan elektris.

 Elemen adalah bagian penting yang

Pengertian Elemen Mesin

 Elemen Mesin adalah bagian dari suatu

alat untuk memindahkan energi/benda yang mempunyai efisiensi mekanis,

termis, hidrolis, maupun elektris.

 Contoh mekanis pesawat angkat,

dongkrak, mesin pres, mesin tekuk, mesin perkakas, dll

 Contoh termis ketel uap, motor

bakar, mesin uap, turbin uap, dll

 Contoh hidrolis pompa air, turbin

air, dll

 Contoh elektrik pembangkit listrik,

Pengertian Elemen Mesin



Bagian-bagian dari mesin tersebut di

atas terdiri dari baut, pegas, poros,

bantalan, kopling, roda gigi, pulli dsb



Bagian-bagian tersebut dinamakan

Review beberapa Hukum Dasar

dan Statika Benda Tegar

 Hukum Paralelogram Gaya: Dua buah

gaya yang bereaksi pada suatu zarah

(titik) dapat diganti dengan sebuah gaya resultan, yang apabila ujung keduanya dihubungkan dengan garis, akan

membentuk jajaran genjang.

 Hukum Transmisibilitas Gaya: Sistem

Review beberapa Hukum Dasar

dan Statika Benda Tegar



Hukum I Newton: Bila Resultan gaya

(

Σ

F) dan atau momen (

Σ

M) yang

dikenakan benda sama dengan nol

maka sistem akan seimbang

Σ

F = 0 (kesetimbangan gaya)

Review beberapa Hukum Dasar

dan Statika Benda Tegar



Hukum II Newton: Jika resultan

gaya/momen yang dikenakan pada

benda tidak sama dengan nol, maka

benda tersebut akan mendapat

percepatan linier atau anguler

berbanding lurus dengan resultan

yang bersangkutan.

a =

Σ

F/m (untuk gerak lurus)

Review beberapa Hukum Dasar

dan Statika Benda Tegar



Hukum III Newton: Setiap benda

yang mendapat gaya aksi akan

memeberikan gaya reaksi yang

besarnya sama dengan gaya aksi,

namun arahnya berlawanan.

Review beberapa Hukum Dasar

dan Statika Benda Tegar



Keseimbangan gaya

Dua buah gaya seimbang

harganya sama, berlawanan arah, dan segaris kerja

Gaya yang bekerja dalam

kesetimbangan, bila dijumlahkan scr

geometris akan membentuk segibanyak tertutup

Tiga buah gaya atau lebih seimbang

Review beberapa Hukum Dasar

dan Statika Benda Tegar



Keseimbangan Momen

Momen adalah perkalian antara gaya

dengan lengan gaya yang tegak lurus dengan arah gaya

Momen resultan dari beberapa buah

gaya sama dengan jumlah momen komponennya

Jumlah momen sama dengan nol jika

Diagram Benda bebas

(

Free Body Diagram

)

 DBB/FBD: merupakan bagian potongan

dari elemen atau struktur yang dilengkapi gaya/momen yang bekerja padanya

 DBB banyak digunakan baik untuk

penyelesaian sistem mekanis atau dinamis

 Langkah DBB: menentukan semua gaya

Gaya Luar

 Gaya berat elemen mesin yang

bersangkutan

 Gaya karena daya yang ditransmisikan

 Gaya Luar

 Gaya karena perubahan suhu

 Gaya tumbukan

 Gaya pegas

 Gaya inersia

Gaya aksi/reaksi

 Gaya gravitasi bumi arahnya ke bawah

 Gaya normal arahnya tegak lurus permukaan

sentuh

 Gaya gesek arahnya berlawanan arah dengan

gerak benda

 Gaya tekan pada roda gigi yg berpasangan

digambar searah dgn sudut tekan

 Tumpuan jepit/las memberikan reaksi gaya

vertikal, horizontal dan momen bengkok

 Tumpuan engsel memberikan reaksi gaya

harizontal dan vertikal

 Tumpuan rol memberikan reaksi vertikal

 Tumpuan normal memberikan reaksi gaya tegak

Contoh gaya aksi/reaksi

Bola pada dinding ditahan oleh tali DBB pada bola W

S

Macam-macam pembebanan



Pemb tarik Teg. tarik



Pemb tekan Teg. tekan



Pemb geser Teg. geser



Pemb bengkok Teg. tarik &

tekan



Pemb puntir Teg. geser



Pemb campuran

Konsep Tegangan



Tegangan adalah pembebanan per

satuan luas



Istilah tersebut untuk analisis

kekuatan benda padat



Untuk benda cair dan gas

Pemb & Teg Tarik

F F

A

= F/A

= Tegangan tekan (N/m2) A = luas penampang (m2)

Pemb & Teg Tekan

F F

A

= F/A

= Tegangan tekan (N/m2) A = luas penampang (m2)

F = Gaya yang bekerja (N)

•Konsep sama dengan tegangan tarik

Pemb. Dan Teg. Geser

F F

A

ζ = Teg geser (N/m2₎

F= Gaya yang bekerja (N)

A = Luas penampang paku (m2₎

Momen Bengkok & Teg. Yg Terjadi

F

L b

t

= tegangan yang terjadi (N/m2₎ M = F . L (Nm)

Y = t/2 (m) I = b t3_{/12 (m}4₎

I

y

M

b

Momen Puntir & Teg. Yg Terjadi

d

T T

ζ = tegangan yang terjadi (N/m2₎

T = Torsi yang tejadi r = d/2 (m)

J = π d4_{/32 (m}4₎

Beban Kombinasi Tarik-Tekan-Bengkok

F

L b

t

= F/A M. y/L

Beban Kombinasi

Tarik-Tekan-Bengkok-Puntir

2 2 min 2 2 xy y x y x 2 2 min 2 2 xy y x y x 2 2 min 2 xy y x

x dan y mengacu pada

teg bengkok, tarik atau tekan.

Tegangan yang diijinkan



Teg. Yg diijinkan adalah: tegangan

maksimum yang boleh bekerja pada

bahan , agar bahan tersebut tidak

mengalami deformasi plastis.



Tegangan ini diperoleh melalui

Uji tarik dari bahan liat

plastis elastis

y uts

AK

uts t

t = tegangan ijin (N/m2)

Dinamika Pembebanan

Statis (Dongkrak, Ragum, dll)

Berulang (klep/katup motor, poros vertikal, dll) t

waktu

t

Dinamika Pembebanan

berganti (Poros Transmisi, dll)

Kejut (mesin tempa, keran jalan, dll) t

waktu

t

Angka keamanan

Bila angka keamanan beban statsi

sudah diketahui, maka secara impiris angka keamanan untuk beban yang lain bisa ditentukan menggunakan perbandingan.

Perancangan Poros

Poros adalah elemen mesin yang berbentuk batang, pd umumnya berpenampang lingk., berfungsi memindahkan putaran atau

Jenis Poros dilihat dari Fungsinya



Poros dukung, misalnya gandar,

poros motor, poros gerobag.



Poros transmisi, misalnya poros

motor listrik, poros gigi transmisi

pada

gear box

.



Gabungan dukung dan transmisi,

Penentuan Tegangan



Bahan liat (

ductile material

)

menggunakan tegangan geser

maksimum



Bahan getas (

brittle material

)

Tujuan perancangan poros, yaitu

menentukan ukuran diameter

Poros Terkena Beban Aksial Murni

(Tarik/tekan)

2

4

d

F

t

Poros pejal:

Poros bolong: 2

1 2

0

4 d d

F

Poros Terkena Beban Puntir Murni

3

16

d

T

t

Poros pejal:

Poros bolong:

4 1 4

0

0

16

d d

Td

Poros Terkena Beban Bengkok Murni

3

32

d

M

_b

b

Poros pejal:

Poros bolong: 4

1 4

0 0

32 d d

d M_b

Poros Terkena Beban Gabungan

Bengkok dan Puntir

2 3 . . 16 p p b b t M K M K d Poros pejal:

Poros bolong: 2

Poros Terkena Beban beban

Gabungan Bengkok, Puntir, dan

aksial

2 . 2 3

8

.

.

.

.

16

p p b b t

M

K

d

F

M

K

d

Poros pejal:

Poros bolong: _. 2

Harga K

b

dan K

t

Beban K_b K_t

Beban gradual 1.0 1.0

Beban Mendadak 1.5 – 2.0 1.5 – 2.0

Untuk poros diam

Untuk poros berputar

Beban gradual 1.5 1.0

Beban Mendadak tak berkejut

1.5 – 2.0 1.0– 1.5

Beban Mendadak berkejut

Sistem Trasmisi Daya

Tujuan transmisi daya adalah

untuk memindahkan daya dari

sumber daya ke mesin pemakai

daya, shg mesin pemakai daya

tersebut bergerak sesuai

Proses Transmisi Daya

 Langsung, menggunakan kopling

 Tidak langsung, menggunakan belt,

rantai, roda gigi, roda gesek.

 Mesin sumber daya umumnya mempunyai

putaran tinggi

 Proses reduksi menggunakan roda gigi,

Ban Mesin (Belt)

Poros I – II

d₁ . n₁ = d₂ . n₂ i₁ = n₁/n₂ = d₂/d₁

Poros II – III d₃ . n₂ = d₄ . n₃ i₂ = n₂/n₃ = d₄/d₃

Poros III – IV d₅ . n₃ = d₆ . n₄ i₃ = n₃/n₄ = d₆/d₅

Poros I Poros II Poros III Poros IV Motor listrik d₁ d₄ d₂ d₃

Panjang Open Belt Drive

H

K

G

E

F J

Panjang Crossed Belt

Drive

H

K

G E

F J

PERHITUNGAN KEKUATAN MESIN

Ketika bekerja ada sisi yang tertarik dan sisi yang kendor

Kekuatan belt bisa dihitung berdasarkan tegangan tarik yang diijinkan, yaitu berkisar 25 s.d. 40 N/mm²

Hubungan untuk flat belt

Hubungan untuk v-belt

= sudut kontak (radian)

= sudut kemiringan v-belt dalam derajat = koefisien gesek ban dengan puly

e = bilangan natural = 2.72 T1 = gaya sisi tarik (N)

Kelompok Ulir



Ulir Pengikat (Threated Fasteners):

untuk menyambung atau mengikat

dua elemen (contoh: Mur dan Baut)



Ulir daya (Power Screws): untuk

Gambaran Ulir

Seperti sebuah lembaran segitiga yang digulung α Π d p d

α = sudut helik P = picth

d = diameter

Pitch and Kisar (Lead)



Pitch: jarak antar puncak dengan

puncak berikutnya



Lead: jarak tempuh mur bila ulir

diputar satu putaran

1. Ulir

tunggal

Kisar =

p

2. Ulir

ganda

3. Ulir

tripel

Kisar =

2p

Kisar =

3p

p

p

Tipe Ulir Daya



Ulir segi empat



Ulir trapesium



Ulir gigi gergaji

p p/2

p/2

p

h = 0.5 p + 0.25 mm

0.37 p

0.634 p

θ = 150

p 0.125 p

0.75 p

Perancangan Ulir Daya

r_o

r_i

r_{m b}

h θ

θ_n r_m = radius rerata r_o = radius luar r_i = radius dalam θ = sudut profil

Hubungan momen puntir dan gaya

aksial ulir trapesium

c c

n s

n s

m

r

r

W

T

.

cos

tan

.

1

Hubungan momen puntir dan gaya

aksial ulir segi empat

c c s s m

r

r

W

T

.

tan

.

1

tan

T= Torsi yang digunakan untuk memutar ulir, Nm

W = gaya atau beban yang sejajar dengan sumbu ulir, N r_m = jari-jari rerata ulir, m

r_c = jari-jari rerata colar

μ_c = koefisien gesek pada colar

μs = koefisien gesek antara ulir dengan mur α = sudut heliks

PENGERTIAN



Pegas merupakan elemen mesin

yang mempunyai fungsi memberikan

gaya, melunakkan tumbukan,

menyerap/menyimpan energi,

mengurangi/menambah getaran.



Berdasarkan bebannya pegas

JENIS PEGAS MENURUT BENTUK



Pegas Ulir



Pegas Volut



Pegas Daun



Pegas Piring



Pegas cincin

BAHAN PEGAS

STANDAR JIS



SUP dengan G = 8 x 10

3

kg/mm

2

dan

_uts

= 60 s.d. 70 kg/mm

2



ST-70 dengan

_b

= 5.000 kg/mm

2

,

ijin

= 4.000 kg/mm

2

, E = 2.200.000

PARAMETER PERANCANGAN PEGAS

A F J r . 2 4 4 / 32 / 2 / 2 / . d F d d D F D d d D F . 2 1 . . 8 3 Ø kawat (d)

F

T F

maks = teg puntir + teg geser

maks = w + s

C d D F . 2 1 1 . . 8 3

PARAMETER PERANCANGAN PEGAS

kecil C dengan pegas untuk C C C K atau C K wahls koreksi Faktor ; 615 , 0 4 4 1 4 . 2 1 1

C = indeks pegas =faktor kelengkungan pegas

Semakin kecil C, maka semakin tajam kelengkungan pegas

3

.

.

8

d

D

F

K

maks

maks = tegangan geser total pada pegas, N/m2 F = gaya aksial (tarik atau tekan), N

LENTURAN PEGAS ULIR

Akibat gaya tekan/tarik menyebabkan pegas akan memanjang atau

memendek, hal ini disebut sebagai

lenturan/defleksi

d

G

n

FC

y

.

8

3

n

C

d

G

k

y

F

3

8

.

KEKAKUAN PEGAS

Pegas disusun paralel

k = k₁ + k₂ +k₃ +

….+ k_n

Pegas disusun seri

n k k k k k 1 ... 1 1 1 1 3 2 1

k_{1 k}

2 k3

k₁

ENERGI YANG MAMPU DISIMPAN PEGAS

V

GK

E

y

k

E

maks

2 2

2

4

.

2

1

E = energi pegas, J

V = volume kawat pegas, m3